(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リングアレイ状に配置される超音波振動子と、該超音波振動子毎に該超音波振動子後側に配置される振動吸収体と、各々の上記振動吸収体を保持する保持部と、を備え、
上記超音波振動子毎の配線接続部が上記保持部の後端部に設けられ、
上記保持部内の配線構造により上記超音波振動子毎の裏側電極と上記配線接続部とが電気的に接続されている、超音波プローブ。
【請求項２】
前記保持部の後側には接続部材が配設されている、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記接続部材は、一のチューブ又は同心円状の複数のチューブから構成されている、請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記接続部材は、フレキシブル基板又はフレキシブルシートをチューブ状に変形して成る、請求項２に記載の著音波プローブ。
【請求項５】
前記接続部材には、前記配線接続部に接続される接続用電極部を含む配線パターンが設けられ、前記超音波振動子による超音波の送信及び受信に係る信号を処理する回路部品が搭載されている、請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記配線接続部は、前記保持部の後端部の外周縁部に間隔をおいて周状に配置される、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記配線接続部は、前記超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って前記保持部の後端部に配置されている、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記保持部は貫通孔を有し該貫通孔を軸とした円錐台形状を成し、
前記配線接続部が上記保持部の後端面又は側面に間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記保持部は貫通孔を有し該貫通孔を軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、
前記配線接続部が上記保持部の後端面に間隔を開けて配置されている、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の超音波プローブをカテーテル又は内視鏡ツールの先端部に装着して構成される、内視鏡。
【請求項１１】
圧電体裏面に一又は複数の円周状に間隔を開けて埋込部を所定のパターンで形成し、該埋込部毎に金属層を形成し、各々の上記埋込部内に振動吸収体となるバッキング層を注入し、上記バッキング層上に配線構造を形成することで、配線構造及びバッキング層を埋設した保持部を形成するステップと、
上記圧電体を一重又は多重のリングアレイ状に分割すると共に、該圧電体と上記保持部とに貫通孔を形成するステップと、
を含む、超音波プローブの作製方法。
【請求項１２】
さらに、円筒部材に配線パターンを形成するか、又はフレキシブルシート若しくはフレキシブル基板上に配線パターンを形成してチューブ状に変形させることで、接続部材を形成するステップと、
前記保持部の配線構造における各裏側電極と上記配線パターンの各接続用電極部とを接続するステップと、
を含む、請求項１１に記載の超音波プローブの作製方法。
【請求項１３】
前記保持部を形成する際、該保持部の後端部の外周縁に間隔をおいて前記バッキング層毎に対応した接続配線部を形成する、請求項１１に記載の超音波プローブの作製方法。
【請求項１４】
前記保持部を形成する際、該保持部の後端部に、前記バッキング層の配置パターンに沿って接続配線部を形成する、請求項１１に記載の超音波プローブの作製方法。
【請求項１５】
前記配線構造を形成する際に非平面フォトリソフラフィーを用いる、請求項１１に記載の超音波プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体局部の精密な診断や治療のために利用可能な超音波プローブとそれを備えた内視鏡及び超音波プローブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡を用いた血管内治療において、血管が狭窄して内腔が偏っている場合や血管が湾曲しているため内視鏡の通り抜けが難しい場合、病変部を傷つけずに血管内でカテーテルの前方の形状を安全に観察することができる前方視超音波内視鏡が開発されている。
【０００３】
特に、慢性完全閉塞病変は、血栓やコレステロールなどで血管が完全に閉塞している場合、硬いガイドワイヤーを用いて再開通治療が行われているため、血管を穿孔せずに安全にガイドワイヤーを押し進めるために予めカテーテルを挿入すべき前方の血管構造を三次元でかつリアルタイムで観測可能な血管内前方視超音波内視鏡が求められている。そのため、本発明者らは、既に前方視超音波内視鏡の試作に成功している。例えば、前方視超音波内視鏡を導電性バッキングにより一括作製を可能にし（特許文献１）、指向性を制御可能にした凸型振動子の作製（特許文献２）にも成功している。また、高機能なＭＥＭＳデバイスをカテーテル先端に実装する基礎技術として非平面リソグラフィーも開発している（特許文献３）。
【０００４】
特許文献４には、微小な圧電素子を手作業で配列しカテーテルに実装する技術が開示され、特許文献５には、素子アレイをフレキシブルシートに形成してカテーテルに巻き付けることで前方視可能な内視鏡が開示され、非特許文献１にはカテーテルの先端部に多素子化した圧電素子を装着した技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５２９２３号公報
【特許文献２】特許第３７８７７２５号公報
【特許文献３】特開２００７−１１４７５８号公報
【特許文献４】特開２０００−３５８２９９号公報
【特許文献５】米国特許第６４５７３６５号
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ.  Ｕｌｔｒａｓｏｎ.，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔ.Ｆｒｅｑ.  Ｃｏｎｔｒ.，Ｖｏｌ．５１，（２００４），ｐｐ.８００−８０８
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ.  Ｕｌｔｒａｓｏｎ.，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃ.Ｆｒｅｑ.  Ｃｏｎｔｒ.，Ｖｏｌ.４４，（１９９７），ｐｐ.１１４０−１１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者等の開発した前方視超音波内視鏡では超音波振動子の素子数が少なく、アーチファクトと呼ばれる虚像の原因となっていた。アーチファクトとは、超音波画像を構成する際に生じる虚像であり、本来あってはならない。また、特許文献４、５及び非特許文献１に開示された技術では、自由なデザインでリングアレイ化や多素子化が難しく、圧電素子毎の配線の取り出しやカテーテルへの実装が難しいという欠点がある。
【０００７】
非特許文献２に開示されているＰＭＮ−ＰＴは、従来のＰＺＴに代わりうる圧電特性に優れたものである。しかしながら、ＰＭＮ−ＰＴは破壊され易く、超音波プローブの作製を容易にすることはできない。
【０００８】
本発明の第１の目的は、圧電素子をリングアレイ状に配置して多素子化した超音波プローブ及びそれを備えた内視鏡を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の第２の目的は、圧電素子をリングアレイ状に配置して多素子化しても容易に作製することができる、超音波プローブの作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の目的を達成するために、本発明の超音波プローブは、リングアレイ状に配置される超音波振動子と、超音波振動子毎に超音波振動子後側に配置される振動吸収体と、各々の振動吸収体を保持する保持部と、を備え、超音波振動子毎の配線接続部が保持部の後端部に設けられ、保持部内の配線構造により超音波振動子毎の裏側電極と配線接続部とが電気的に接続されている。
【００１１】
好ましくは、保持部の後側には接続部材が配設されている。特に、接続部材は、一のチューブ又は同心円状の複数のチューブから構成されていても、フレキシブル基板又はフレキシブルシートをチューブ状に変形して成ってもよい。
好ましくは、接続部材には、配線接続部に接続される接続用電極部を含む配線パターンが設けられ、超音波振動子による超音波の送信及び受信に係る信号を処理する回路部品が搭載されている。
配線接続部は、保持部の後端部の外周縁部に間隔をおいて周状に配置されることができる。
配線接続部は、超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って保持部の後端部に配置されていてよい。
好ましくは、保持部は貫通孔を有し貫通孔を軸とした円錐台形状を成し、配線接続部が保持部の後端面又は側面に間隔をあけて配置されている。或いは、保持部は貫通孔を有し貫通孔を軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、配線接続部が保持部の後端面に間隔を開けて配置されているようにしてもよい。
本発明の内視鏡は、本発明の超音波プローブをカテーテル又は内視鏡ツールの先端部に装着して構成される。
【００１２】
上記第２の目的を達成するために、本発明の超音波プローブ作製方法は、圧電体裏面に一又は複数の円周状に間隔を開けて埋込部を所定のパターンで形成し、埋込部毎に金属層を形成し、各々の埋込部内に振動吸収体となるバッキング層を注入し、バッキング層上に配線構造を形成することで、配線構造及びバッキング層を埋設した保持部を形成するステップと、圧電体を一重又は多重のリングアレイ状に分割すると共に、圧電体と保持部とに貫通孔を形成するステップと、を含む。
【００１３】
さらに、円筒部材に配線パターンを形成するか、又はフレキシブルシート若しくはフレキシブル基板上に配線パターンを形成してチューブ状に変形させることで、接続部材を形成するステップと、保持部の配線構造における各裏側電極と配線パターンの各接続用電極部とを接続するステップと、を含むことができる。
保持部を形成する際、保持部の後端部の外周縁に間隔をおいてバッキング層毎に対応した接続配線部を形成するとよい。保持部を形成する際、保持部の後端部に、バッキング層の配置パターンに沿って接続配線部を形成すると好ましい。配線構造を形成する際に非平面フォトリソフラフィーを用いれば好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による超音波プローブによれば、超音波振動子を多数備えているので、超音波振動を発生させその反射を受信してもアーチファクトが抑えられ、受信した超音波振動からエコー画像を正確に三次元的に得ることが可能となる。また、保持部に配線構造、特に多層配線構造を設けることで、超音波振動子の裏側電極を保持部裏端部に配線で引き出すことができる。これにより、カテーテル先端部への電気的な接続も容易に行うことができる。さらに、保持部には後方に延びる配線が所定の配線パターンで配設され、信号増幅回路や信号切替回路などを集積化したＩＣチップを容易に搭載することができる。
【００１５】
本発明による超音波プローブの作製方法によれば、手作業工程が少なく精度の良い超音波プローブを作製することができる。また、保持部内の多層配線構造は本発明者等が開発した非平面フォトファブリケーションを採用することで容易に精密に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態における超音波プローブは、リング状に配置された各超音波振動子のうち一又は複数の超音波振動子から超音波を発生させ、発生した超音波の反射波を各超音波振動子で受信することができる。この超音波プローブは超音波振動子を多素子化しているので、アーチファクトが抑えられ、受信した超音波振動からエコー画像を正確に、かつ三次元的に得ることが可能となる。以下の実施形態では好ましい形態を幾つか説明するが、本発明の主旨に沿って適宜設計変更することができる。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態として、二重のリング状に超音波振動子を配置することで送受信部が構成され、送受信部の後側に外部に配線取り出し用の接続部材として一重のチューブが設けられた形態について説明する。
【００１８】
図１は第１の実施形態に係る超音波プローブが取り付けられている内視鏡を示す概略図である。
第１の実施形態に係る超音波プローブ１はカテーテル２の先端部２Ａに装着され、内視鏡３を構成する。超音波プローブ１は、超音波振動の送信及び受信を行う送受信部１０と、送受信部１０の後側に取り付けられる接続部材２０と、を含んで構成される。送受信部１０と接続部材２０とには貫通した貫通孔１Ａを有する。この貫通孔１Ａは内視鏡３のワーキングチャネルとして機能し、必要に応じて管部材３０が挿通される。この管部材３０は例えばグランド配線として機能する。ワーキングチャネルは必要な血管造影剤や薬液注入口となったりガイドワイヤーなどマイクロツールの挿通路となる。
【００１９】
〔超音波プローブの構成〕
第１の実施形態に係る超音波プローブ１について詳細に説明する。
図２は、第１の実施形態に係る超音波プローブ１に関し、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図５は超音波プローブ１における送受信部１０を後方から見た図である。
【００２０】
第１の実施形態では、超音波プローブ１の送受信部１０は、図２及び図３に示すように、リングアレイ状に配置される複数の超音波振動子１１と、各超音波振動子１１の振動を吸収する振動吸収体１２と、この振動吸収体１２を保持する保持部１３と、を含んで構成される。保持部１３は、超音波振動子１１に対して電気的な接続を行う多層配線構造体１３Ａを有する。
【００２１】
各超音波振動子１１はリングアレイ状に配置され、分離部１１Ａとしての空隙又は棒部により分離されている。超音波振動子１１は、例えば図４に示すように、貫通孔１Ａの周りに二重のリングアレイをなすよう配置される。図示した例では、内側のリングアレイに八個、外側のリングアレイに十六個の超音波振動子１１を配置している。これにより、一つの超音波振動子１１から超音波を送出し、送出した振動の反射波を２４個という複数の超音波振動子１１で受信することができる。また、任意の複数又は全部の超音波振動子１１から超音波を送出して、全部又は一部の超音波振動子１１で超音波を受信することもできる。
【００２２】
超音波振動子１１は、細分化された圧電体１１Ｂを表側電極１１Ｃと裏側電極１１Ｄとで挟んで構成されている。圧電体１１ＢにはＰＺＴのほか、圧電特性に優れ音響インピーダンスが生体の値に近い圧電単結晶のＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸チタン酸亜鉛）を用いることが好ましい。表側電極１１Ｃは、図示した例では超音波振動子毎に分断されておらず共通電極となっているが、超音波振動子毎に細分化されてもよい。表側電極１１Ｃ上には整合層１４が形成されている。この整合層１４は、超音波プローブ１が使用される空間に存在する液体などの媒体と超音波振動子１１とのインピーダンス整合をとるためのものである。
【００２３】
保持部１３は、超音波振動子１１と同数の振動吸収体１２が埋め込まれる埋込部１３Ｂと、多層配線構造体１３Ａとで構成される。保持部１３裏面には超音波振動子１１と同数の配線接続部１６が設けられる。多層配線構造体１３Ａは、裏側電極１１Ｄと配線接続部１６とがそれぞれ電気的に接続される。
【００２４】
埋込部１３Ｂは、超音波振動子１１の裏側に超音波振動子１１の配置に倣って複数の埋込部を有している。保持部１３に設ける埋込部１３Ｂは超音波振動子１１と同数である。埋込部１３Ｂの素材としては立体形状が容易に形成できる厚膜フォトレジストを採用することができる。埋込部１３Ｂにはそれぞれ振動吸収体１２が埋設されて保持している。この埋込部１３Ｂは複数のリング部を半径方向に延びる枝部で連結して構成される。振動吸収体１２には、タングステンパウダーを混合したエポキシ樹脂を用いることができる。振動吸収体１２は、超音波振動子１１からの超音波の送信に伴う超音波振動子１１の振動を瞬時に吸収することで、超音波振動子１１が受信する超音波の信号にノイズを生じさせない。
【００２５】
多層配線構造体１３Ａは、各超音波振動子１１の裏面に設けた裏側電極１１Ｄと配線接続部１６とをそれぞれ電気的に接続する。埋込部１３Ｂの前側は超音波振動子１１の裏面に対応している。多層配線構造体１３Ａは、超音波振動子１１の裏側電極１１Ｄと、各埋込部１３Ｂの少なくとも一方の側壁部に付着した金属層１３Ｃと、振動吸収体１２の裏側電極１１Ｄと逆側に付着した金属層１３Ｄと、金属層１３Ｄと配線接続部１６とを接続する層間絶縁膜１３Ｅ，１３Ｇ及び埋込電極部１３Ｆ，１３Ｈで構成されている。この多層配線構造体１３Ａは、各裏側電極１１Ｄと各配線接続部１６とを配線接続している。
【００２６】
配線接続部１６は、例えば図５に示すように、円筒状をなす保持部１３の円周縁部に間隔を開けて、超音波振動子１１と同数配置されている。配線接続部１６は、外側リングアレイ状の各超音波振動子１１に配線接続される第１の配線接続部１６Ａと、内側リングアレイ状の各超音波振動子１１に配線接続される第２の配線接続部１６Ｂと、で構成されている。図４及び図５に示す例では、外側に十六個の超音波振動子１１を配置し、内側に八個の超音波振動子１１を配置しているので、２４個の配線接続部１６の配置パターンは、第１の配線接続部１６Ａ二個おきに第２の配線接続部１６Ｂが一個配置されている。
【００２７】
次に、接続部材２０について説明する。
図６は接続部材２０を模式的に示す図、図７は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図８は図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
接続部材２０は、例えばガラス管などの絶縁管２１の外周部に、樹脂からなる絶縁層２２とＣｕなどの電極層２３とで図８に示すように多層配線を構成している。樹脂としては、パラキシリレン系樹脂を用いることができる。電極層２３には送受信部１０に接続される側に接続用電極部２３Ａを形成し、この接続用電極部２３Ａが配線接続部１６と電気的に接続している。多層配線は、絶縁管２１上に所定のパターン形成された電極層２３と絶縁層２２との積層構造で形成されている。接続部材２０の多層配線の電極層２３上には、回路部品としてのＩＣチップ２４が接続されている。図７に示すように、ＩＣチップ２４は多層配線上に複数、例えば、接続部材２０の中心軸からみて等間隔に接続部材２０の外周部に配置される。これは超音波プローブ１が血管に挿入しうるだけの微小なサイズとするためである。多層配線には、カテーテル２の後端部からカテーテル２の先端部２Ａまで配設される同軸ケーブルなどの配線が電気的に接続されている。
【００２８】
図９は接続部材２０に形成される配線パターンの一例を示す展開図である。図９に示すように、接続部材２０に形成される配線パターンは、送受信部１０側で絶縁管２１の外周に配置される第１の接続用電極部２３Ａと、接続部材２０の軸方向に並べられる第２の接続用電極部２３Ｂと、第１の接続用電極部２３Ａと第２の接続用電極部２３Ｂとを接続する配線連結部２３Ｃと、で構成されている。第１の接続用電極部２３Ａは配線接続部１６と接続可能な面積を有し、第２の接続用電極部２３ＢはＩＣチップ２４やワイヤーと接続可能な面積を有する。配線連結部２３Ｃは線状に形成されている。
【００２９】
第１の実施形態に係る超音波プローブ１は、同軸ケーブルなどの配線を介してＩＣチップ２４に対して電気信号が入力されると、ＩＣチップ２４がその入力に基いて送受信部１０における超音波振動子群の少なくとも一つ以上の特定の超音波振動子１１に対して電圧を印加する。すると、特定の超音波振動子１１が超音波を発生する。その後ＩＣチップ２４は、送受信部１０における超音波振動子群の各超音波振動子１１による受信した超音波振動を変換した電気信号を受け、所定の信号処理を行って同軸ケーブルに信号処理の結果を出力する。
【００３０】
第１の実施形態に係る超音波プローブ１は、送受信部１０における超音波振動子群の全てを位相駆動し、被測定物からの超音波エコーの受信も位相駆動する方式、所謂フェーズドアレイ方式により送受信してもよい。
【００３１】
なお、超音波プローブ１による超音波の送信及び受信形態は上述以外に、ワーキングチャネルから光を超音波振動の周波数でパルス的に照射し、超音波プローブ１により反射を受信するようにしてもよい。
【００３２】
その際、超音波プローブ１の超音波振動子１１を多素子化し、かつ超音波振動の周波数を高周波化することで、アーチファクトを低減することができる。また、超音波振動子１１の直下においてＩＣチップ２４で信号処理を行うようにしたことから、同軸ケーブルを経由して外部と送受信することによる信号の劣化が生じない。よって、小型の超音波プローブ１でも、画像の解像度を高めることができる。
【００３３】
〔超音波プローブの作製方法〕
以下、実施形態１に係る超音波プローブ１の作製方法について説明する。
超音波プローブ１は、送受信部１０と接続部材２０とをそれぞれ作製し、送受信部１０における配線接続部１６と接続部材２０における第１の接続用電極部２３Ａとをボンディングや半田等により接続することで、作製することができる。
【００３４】
送受信部１０の作製工程は、以下の通りである。図１０は超音波プローブ１における送受信部１０の作製工程の前半を示す図、図１１は超音波プローブ１における送受信部１０の作製工程の中盤を示す図である。図１２は、超音波プローブにおける送受信部の作製工程の後半を示す図である。この工程は、１枚の基板として圧電体４０に複数のパターンを形成し、複数の送受信部１０を一括して作製してもよい。
先ず、用意した圧電体４０の一方の面、例えばマイナス面を研磨し（図１０（Ａ））、レジスト４１を塗布してフォトリソグラフィーによりパターンを形成して埋込部４１Ａを形成する（図１０（Ｂ））。なお、レジストは塗布の代わりにドライフィルム状のレジストを貼り付けてパターンを形成してもよい。
【００３５】
次に、埋込部４１Ａの底部と側壁部とに金属層４２を形成する。その際、予め圧電体４０に直接金属層４２を構成するＡｕ（金）などの層を形成しても剥離し易いので、図１０（Ｃ）に示すように、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などの下地層４２Ａを形成し、その後その上に種となる金属層を形成して電解めっきにより金属層４２Ｂを厚くする（図１０（Ｄ））。下地層４２Ａの形成には、スパッタリング、真空蒸着法などの薄膜成形方法を採用することができる。なお、埋込部４１Ａの底部及び側壁部に形成した金属層４２は超音波振動子１１の裏側電極１１Ｄ及び金属層１３Ｃの一部となる。
【００３６】
次に、埋込部４１Ａに振動吸収体となるバッキング材４３Ａを充填し（図１０（Ｅ））、不要なバッキング材を除去してバッキング層４３を形成する（図１０（Ｆ））。その際、埋込部間の金属層を研磨等で除去する。このバッキング層４３が振動吸収体１２となる。
【００３７】
次に、研磨面に対して全面に金属層４４を形成し（図１０（Ｇ））、金属層４４のエッチングマスク４５としてレジストをフォトグラフィーにより形成した後に（図１１（Ａ））、金属層４４のエッチングを行って電極層４４Ａのパターニングを行い（図１１（Ｂ））、完了後にエッチングマスク４５としてのレジストをアセトンなどの有機溶剤により除去する（図１１（Ｃ））。
次に、感光性のポリイミドを絶縁層４６として形成し、フォトリソグラフィーによってパターニングを行い（図１１（Ｄ））、研磨面に金属層４７を形成した後に（図１１（Ｅ））、金属層４７のエッチングマスク４８としてレジストのフォトリソグラフィーにより作製する（図１１（Ｆ））。
次に、金属層４７のエッチングを行って電極４７Ａのパターニングを行った後に（図１１（Ｇ））、エッチングマスク４８としてのレジストをアセトンなどの有機溶剤で除去する（図１２（Ａ））。
【００３８】
次に、圧電体４０を所定の厚さに研磨して圧電体４０Ａとする（図１２（Ｂ））。これにより、数十、例えば２０ＭＨｚというモード共振が可能となる。
次に、サンドブラスト用のエッチングレジストをフォトリソグラフィーすることでサンドブラストのエッチングマスク４９を作製する（図１２（Ｃ））。
サンドブラストを用いて圧電体４０Ａに溝部５０を形成して複数の素子となるようリングアレイ状にパターニングを行うと共に貫通孔５１の作製（図１２（Ｄ））を行い、レジストを除去する（図１２（Ｅ））。
次に、圧電体４０Ａにパターニングで形成した溝部５０に充填材を充填して分離部５２を形成し（図１２（Ｆ））、圧電体４０Ａ上に表側電極５３を形成し（図１２（Ｇ））、さらに必要に応じて整合層１４を形成することで、送受信部１０が完成する。なお、表側電極５３と整合層１４の形成及びグランドの取り出しと送受信部１０の分離は適宜工程を変更して行える。
【００３９】
接続部材２０の作製方法について説明する。
図１３は、接続部材２０の作製工程を示す図である。接続部材２０の基板としてガラスチューブなどの絶縁管６０又は金属チューブなどの表面に絶縁処理を施した絶縁管６０を用意する（図１３（Ａ））。
次に、絶縁管６０の側面全体にＴｉ（チタン）とＡｕ（金）を順に積層した下地層６１Ａを形成する（図１３（Ｂ））。Ｔｉ層は、絶縁管６０との密着性を高めるために挿入した層である。Ｔｉ層の代わりにＭｏ（モリブデン）層やＣｒ（クロム）層で密着性を高めても良い。下地層６１Ａの形成には、スパッタリングなどの薄膜成形方法を用いることができる。
下地層６１Ａの表面全体にレジスト６２を塗布し（図１３（Ｃ））、レーザなどを用いてマスク露光を行い、現像してレジスト６２Ａをパターニングする（図１３（Ｄ））。
電解めっき法などを用いて下地層６１Ａ上にめっき層を形成して全体の厚みを増して金属層６１Ｂとし（図１３（Ｅ））、レジスト６２Ａを有機溶剤で除去し（図１３（Ｆ））、下地層６１Ａの露出部分をエッチングにより除去して配線部６１Ｃのみが絶縁管６０に形成されている（図１３（Ｇ））。
その後、点線で示すようにダイジングしてＩＣチップやワイヤーを接続する接続用電極部のエッジを形成し（図１３（Ｈ））、接続部材２０を得る。
以上の作製工程において、非平面にリソグラフィーを行う場合には非平面フォトリソグラフィー、即ちレジストの高さ位置及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分解し、フォトマスクを用いずにマトリックス毎の露光高さに合わせた焦点高さとレジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行う方法を使用することができる（特許文献３参照）。
【００４０】
図１４は、別の接続部材２０’を示す模式図である。接続部材２０は断面が円筒形であっても、中空を有する楕円形でも、中空を有する扁平であってもよく、図１４に示すように中空の三角形状でも、その他中空を有する四角形などの多角形でもよい。図１４に示す接続部材２０’には符号６１Ｃで示すような配線パターンが形成されている。このように、絶縁管６０の代わりに、各種の断面形状の基体に配線パターンを形成しても良い。
【００４１】
図１５は、図１３とは異なる接続部材２０の作製工程を示す図である。図１３に示す工程とは異なり、フレキシブル基板２０Ａ上に配線パターンを形成し（図１５（Ａ））、その後フレキシブル基板２０Ａをチューブ状に変形して接続部材２０Ｂとしてもよい（図１５（Ｂ））。なお、接続部材２０Ｂの断面は円形でも楕円でも扁平でもよく又は三角形状や四角形状などの多角形状でもよい。フレキシブル基板２０Ａを丸めて筒状をなしていれば、図１５（Ｂ）に示すように軸に平行な端面同士が接合している場合であっても、軸に平行な端面同士が接合されていない場合であってもよい。なお、フレキシブル基板２０Ａの代わりにフレキシブルシートを用いても良い。
【００４２】
送受信部１０と接続部材２０との接続方法について説明する。
図１６は送受信部１０と接続部材２０との接続工程を示す図である。
接続部材２０には、円筒形状の絶縁管表面、即ち外周部に電極層２３による多層配線が形成されている（図１６（Ａ）参照）。絶縁管２１は、その中心部に送受信部１０の貫通孔１Ａと連通する軸部２１Ａを有している。絶縁管２１には筒状のガラス管の他に、金属チューブに絶縁膜を形成したものを用いてもよい。なお、絶縁管２１の軸部の表面に導電性材料を被覆して、接地領域（グラウンド）としてもよい。
【００４３】
前述した要領で作製した送受信部１０の貫通孔１Ａに対して管部材３０を挿通し、その管部材３０を絶縁管２１の軸部２１Ａに挿通する（図１６（Ｂ））。この場合、管部材３０の外周面に導電性材料を被覆して、接地領域、即ちグラウンドとしてもよい。
次に、多層配線構造体１３Ａの配線接続部１６と絶縁管２１上の配線部２３とをそれぞれ接続部２３Ｄで接続する。この接続工程では、配線接続部１６（図１６では示さず）と配線部２３の一部とを半田や導電性樹脂により接続する。半田で接続する場合には、レーザ照射により半田を溶解して固化させてもよい（図１６（Ｃ）及び（Ｄ））。
その後、配線部２３にＩＣチップ２４（図１６では示さず）を接続して超音波プローブ１が完成する。
【００４４】
以上の工程を経ることで、超音波プローブ１が作製できるので、この超音波プローブ１を図１に示すようにカテーテル２の先端部２Ａに装着することで内視鏡３が完成する。カテーテル２の代わりに各種の内視鏡ツールの先端部に装着してもよい。ここで、内視鏡ツールとは、ファイバースコープや電子内視鏡などの光学内視鏡の鉗子口に挿通される細長いツールであり、体内における各種診断・治療に用いられる。
なお、第１の実施形態では、超音波振動子が二重のリングアレイ状に配置され、送受信部の配線接続部が保持部の外周縁部に周状に配置されている。超音波振動子のリングアレイが二重である必要はなく、超音波振動子の寸法に応じて、一重でも三重以上であってもよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、送受信部の配線接続部が、第１の実施形態のように外周縁部に周状に配置されるのではなく、超音波振動子の配置パターンと同一又は類似の配置パターンに沿って保持部の後端部に配置されている。
以下の説明では、超音波振動子が三重のリングアレイ状に配置され、その裏側に各超音波振動子の配置パターンに沿って三重のリングアレイ状に配置されている場合について説明するが、超音波振動子及び配線接続部の配置が三重である必要はなく、二重でも四重でもよい。
【００４６】
図１７は、第２の実施形態に係る超音波プローブ５における送受信部７０と接続部材８０との接続の仕方を示す図である。
第２の実施形態では、三重のリングアレイ状に超音波振動子が送受信部７０に配置されている。この配置に対応して送受信部７０の裏側には三重のリングアレイ状に配線接続部７１が配置されている。超音波振動子が例えば外側のリングアレイに十二個、中間のリングアレイに八個、内側のリングアレイに四個それぞれ配置されている場合には、図８（Ａ）に示すように、配線接続部７１が、外側のリングアレイに十二個、中間のリングアレイに八個、内側のリングアレイに四個それぞれ配置されている。各配線接続部７１は、第１の実施形態での作製方法において振動吸収体をなすバッキング層４３の直後に金属層４４Ａを設ける工程まで行い（図１０（Ａ）〜図１１（Ｃ））、その後第１の実施形態で図１２（Ｂ）に示すように圧電体４０を所定の厚さに研磨して圧電体４０Ａとする工程以降の各工程を同様に行うことで、送受信部を作製することができる。
【００４７】
第２の実施形態では、接続部材８０は、径の異なる複数のチューブ８１，８２，８３が同軸状に配置されて構成される。図１７に示す場合では、配線接続部７１が三重のリングアレイ状に配置されているので、接続部材８０も配線接続部７１のアレイと同数の三本のチューブ８１，８２，８３が同軸状に配置されて構成される。チューブ８１，８２，８３の外周表面には、第１の実施形態と同様に所定の配線パターンが形成されている。ここで、薄肉のチューブ８１，８２，８３としてポリマーチューブそのものを用いたりフレキシブルシートを変形して用いることができる。ポリマーチューブでは例えばポリイミドチューブを用いることができる。フレキシブルシートを丸めて変形させる場合には、チューブ８１，８２，８３の各断面は円形でも楕円でも扁平でもよく又は三角形状や四角形状などの多角形状でもよい。フレキシブルシートを丸めて筒状をなしていれば、軸に平行な端面同士が接合している場合のみならず、軸に平行な端面同士が接合されていなくてもよい。
【００４８】
送受信部７０と接続部材８０との接続について図１７を参照しながら説明する。
先ず、図１７（Ａ）に示すように、送受信部７０の貫通孔と同軸状に第１のチューブ８１を送受信部７０の裏側に配置する。その後、第１のチューブ８１の先端部外周に設けた接続用電極部８１Ａのそれぞれと、送受信部７０の裏側の最も内側に配置されている四個の配線接続部７１Ａのそれぞれとを接続する。この接続は、第１の実施形態と同様に行うことができる。
【００４９】
次に、図１７（Ｂ）に示すように、第１のチューブ８１の外側に第２のチューブ８２を同軸状に配置する。その後、第２のチューブ８２の先端部外周に設けた接続用電極部８２Ａのそれぞれと、送受信部７０の裏側略中間位置に設けた８個の配線接続部７１Ｂのそれぞれとを接続する。第２のチューブ８２の外周側面には接続用電極部８２Ａから後方に配線が形成されているので、ＩＣ接続用電極部８２Ｂに回路部品としてのＩＣチップ８２Ｃを実装する。さらに、第２のチューブ８２の外周表面にパターン形成した配線部の各後端電極部８２Ｄに各ケーブル８２Ｅを接続する。なお、配線パターンは一部しか図示していない。チューブ８２へのケーブル８２Ｅの接続及びＩＣチップ８２Ｃの実装は、送受信部７０とチューブ８２との接続の前に行っても後に行ってもよい。
【００５０】
次に、図１７（Ｃ）に示すように、第２のチューブ８２の外側に第３のチューブ８３を同軸状に配置する。その後、第３のチューブ８３の先端部外周に設けた接続用電極部８３Ａのそれぞれと、送受信部７０の外周近傍に設けた十二個の配線接続部７１Ｃのそれぞれと、を接続する。第３のチューブ８３の外周面には、接続用電極部８３Ａから後方に配線がパターン形成されているので、ＩＣ接続用電極部８３Ｂに回路部品としてのＩＣチップ８３Ｃを実装する。さらに、第３のチューブ８３の外周表面にパターン形成した配線部の各後端電極部８３Ｄに各ケーブル８３Ｅを接続する。
【００５１】
次に、図１７（Ｄ）に示すように、第１のチューブ８１の外周面にパターン形成した配線部の後端電極部８１Ｄにケーブル８１Ｅを接続する。その際、図示のように、ＩＣチップ８１Ｆを介在させてもよい。
【００５２】
以上の工程を経ることで、送受信部７０と接続部材８０とを接続し、かつ送受信部７０における配線接続部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを接続部材８０の後端部に向けて電気的な配線を行い、ＩＣチップ８２Ｃ，８３Ｃ，８１Ｆを搭載することができる。なお、接続部材８０をなす第１〜第３のチューブ８１，８２，８３にそれぞれ搭載されるＩＣチップ８１Ｆ，８２Ｃ，８３Ｃには、例えば信号切替回路、信号増幅器及びパルス発生器が分散して配置される。これにより、超音波プローブ５に対して外部から入力される操作信号に応じて各超音波振動子を順に短時間振動させることができる。また、超音波プローブ５から送信された超音波は被検体で反射するので、超音波プローブ５がその反射波を受けることになる。すると、各超音波振動子が反射波を受信して電気信号に変換する。各超音波振動子で変換された電気信号をＩＣチップ８１Ｆ，８２Ｃ，８３Ｃで増幅し、各超音波信号を外部にスイッチングしながら出力することができる。なお、図１７（Ａ）に示す工程において、第１のチューブ８１にグランド配線用のケーブル（図示せず）を予め挿入してもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態と比べ保持部の構成が異なる。図１８は第３の実施形態における保持部３３を示す模式的な斜視図である。保持部３３は、その中心軸に貫通孔３３Ａを有し、図示しないバッキング層を直接保持する円筒部３３Ｂとその後側の円錐台形状部３５とを有する。円錐台形状部３５の側面部３５Ａ又は後端部３５Ｂには、配線接続部３６が配置されている。図示の場合には、側面部３５Ａの軸の沿った方向に配線接続部３６が２列に配置されている。なお、図示の場合には、保持部３３は円筒部３３Ｂと円錐台形状部３５とで２段で構成されているが、段差が３段以上であってもよい。
【００５４】
図１９は第３の実施形態における保持部３３の変形例を示す模式的な斜視図である。図１９に示すように、保持部３３は、その中心軸上に貫通孔３３Ａを有し、貫通孔３３Ａを軸として径方向に従い軸方向の幅が変化する段差形状を成し、配線接続部３６が保持部３３の各後端面３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃに間隔を開けて配置されている。即ち、保持部３３が段差円筒部で構成されている。この段差円筒部を成す保持部３３は、図示では、貫通孔３３Ａ側の方が径外方向側に比べて軸方向幅が長いが、逆に、貫通孔３３Ａ側の方が径外方向側に比べて軸方向幅が短くてもよい。段差円筒部の後端面３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃにはそれぞれ間隔を開けて配線接続部３６が配置されている。
【００５５】
第３の実施形態において、第１の実施形態における作製方法と同様、圧電体４０にレジスト４１を塗布又は積層してフォトリソグラフィーによりパターン形成して埋込部４１Ａを形成し、埋込部４１Ａの底部と側壁部とに金属層４２を形成し、埋込部４１Ａにバッキング材４３Ａを充填してバッキング層４３を形成する（図１０（Ａ）乃至（Ｆ））。必要に応じて圧電体４０を所定の厚さに研磨する。
【００５６】
埋込部４１Ａの裏面側には、多層レジスト膜形成及びフォトリソグラフィーによるパターンニングと金属層形成とフォトリソグラフィーによるパターンニングとにより円錐台形状部３５や段差円筒部を形成して、配線接続部３６となる多層配線構造を形成する。その際、必要に応じて、レジストの高さ位置及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分解し、フォトマスクを用いずにマトリックス毎の露光高さに合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行う方法を使用することができる（特許文献３参照）。この露光方法を非平面フォトリソグラフィーと呼ぶ。
【００５７】
以下、本発明の超音波プローブ及びその製造方法の具体例について、例えば外径２．５ｍｍで内径０．５ｍｍの２４素子の前方視超音波プローブを例にとって説明する。
先ず、厚さ３００μｍの圧電体４０（ＪＦＥミネラル株式会社、ＰＭＮ−ＰＴ）にフォトレジスト４１（化薬マイクロケム株式会社、ＳＵ-８）を圧膜となるよう厚さ３００μｍ塗布し、フォトリソグラフィーでパターン形成を経て埋込部４１Ａを形成する（図１０（Ａ），（Ｂ））。
埋込部４１Ａの底部及び側壁部にＡｕ及びＣｒをスパッタリングしさらに電解めっきにより、金属層４２を形成する（図１０（Ｃ），（Ｄ））。
次に、タングステンパウダーを体積比で８％混入したエポキシ（メーカ名：ＥｐｏｘｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社、ＥＰＯ−ＴＥＫ  ３０１）をバッキング層４３として埋込部４１Ａに充填する（図１０（Ｅ），（Ｆ））。
バッキング層４３の裏側に厚膜フォトレジストを用いて多層配線構造の保持部１３を形成する（図１０（Ｇ）、図１１（Ａ）乃至（Ｇ）及び図１２（Ａ））。
次に、圧電体４０としてのＰＭＮ−ＰＴ基板の表側を、厚さが９０μｍとなるまで研磨する（図１２（Ｂ））。
その後、圧電体４０ＡとしてのＰＭＮ−ＰＴ基板に対して、内直径０．５ｍｍの貫通孔５１と、バッキング材を注入形成した間を分割するように半径１．０ｍｍの円周状の溝部５０と、貫通孔５１から半径１．０ｍｍの円周状の溝部５０に向けて放射状の溝部５０と、半径１．０ｍｍの円周上の溝部５０から外方向に向けて放射線状の半径外方向の溝部５０と、を形成する（図１２（Ｄ））。
【００５８】
図２０は実際に試作した例に係り、溝部５０が形成された圧電体４０Ａの表側から観察したＳＥＭ像を示す図である。この図から、圧電体４０ＡとしてのＰＭＮ−ＰＴ基板がリングアレイとなっていることが分かる。
【００５９】
次に、圧電体４０ＡとしてのＰＭＮ−ＰＴ基板の表面に表側電極１１Ｃを形成し、その上に整合層１４を形成することで、２４分割された超音波振動子１１を形成する。
次に、非平面フォトリソグラフィーを用いて直径３ｍｍの絶縁管２１としてのガラス管の外側表面上に配線部２３を形成する。配線部２３での配線材料としてＣｕ（銅）を用いることができる。
【００６０】
次いで、絶縁管２１としてのガラス管上の配線部２３と、送受信部１０の保持部１３とを半田又は導電性樹脂を用いて電気的機械的に接続する（図１５）。
最後に、絶縁管２１上の配線部２３に高速オペアンプからなる表面実装用のＩＣチップ２４及びチップ抵抗を接続する。その際、絶縁管２１に搭載した３つのＩＣチップ２４は、絶縁管２１の中心軸に対して対称となるように配置する（図７）。
【実施例】
【００６１】
図２１は、実際に試作した例に係り、配線部２３が形成された絶縁管２１のＳＥＭ像を示す図である。この図から、絶縁管２１の表面に配線部２３が良好に形成されていることが分かる。
【００６２】
図２２は、実際に試作した例に係り、配線部２３にＩＣチップを搭載したＳＥＭ像を示す図である。この図から、配線部２３に、ＩＣチップ２４としての高速オペアンプ及びチップ抵抗が接続されたことが分かる。
【００６３】
実際に作製した超音波プローブ１の送受信性能について説明する。
作製した超音波プローブ１を水中に置き、超音波プローブ１の前側に反射体として鉄板を配置した。超音波プローブ１をパルスジェネレータ（Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ  ｍｏｄｅｌ−５９００ＰＲ）を用いて駆動して、超音波プローブによる受信エコーをモニターした。
【００６４】
図２３（ａ）は実際に試作した超音波プローブ１の一次元シミュレーションの結果を示す図であり、（ｂ）は実際に試作した超音波プローブ１の測定結果を示す図である。図２２（ａ）、（ｂ）何れも左縦軸は受信電圧（相対値）であり、右縦軸は周波数スペクトル強度（相対値，ｄＢ表示）である。横軸は、時間軸（μ秒）と周波数スペクトル（ＭＨｚ）である。一次元シミュレーション及び測定値は、受信エコーの振動回数が異なるものの、周波数スペクトルの中心周波数が２０ＭＨｚであり、測定結果はシミュレーションとよく一致していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブが取り付けられた内視鏡を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】超音波プローブにおける送受信部を後方から見た図である。
【図６】接続部材を模式的に示す図である。
【図７】図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８】図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図９】接続部材に形成される配線パターンの一例を示す展開図である。
【図１０】超音波プローブにおける送受信部の作製工程の前半を示す図である。
【図１１】超音波プローブにおける送受信部の作製工程の中盤を示す図である。
【図１２】超音波プローブにおける送受信部の作製工程の後半を示す図である。
【図１３】接続部材の作製工程を示す図である。
【図１４】別の接続部材２０を示す模式図である。
【図１５】図１３とは異なる接続部材の作製工程を示す図である。
【図１６】送受信部と接続部材との接続工程を示す図である。
【図１７】第２の実施形態に係る超音波プローブにおける送受信部と接続部材との接続の仕方を示す図である。
【図１８】第３の実施形態における保持部を示す模式的な斜視図である。
【図１９】第３の実施形態における保持部の変形例を示す模式的な斜視図である。
【図２０】実際に試作した例に係り、溝部が形成された圧電体の表側から観察したＳＥＭ像を示す図である。
【図２１】実際に試作した例に係り、配線部が形成されたガラス管のＳＥＭ像を示す図である。
【図２２】実際に試作した例に係り、配線部にＩＣチップを搭載したＳＥＭ像を示す図である。
【図２３】（ａ）は実際に試作した超音波プローブ１の一次元シミュレーションの結果を示す図で、（ｂ）は実際に試作した超音波プローブ１の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，５：超音波プローブ
１Ａ，３３Ａ，５１：貫通孔
２：カテーテル
２Ａ：先端部
３：内視鏡
１０：送受信部
１１：超音波振動子
１１Ａ：分離部
１１Ｂ，４０，４０’：圧電体
１１Ｃ，５３：表側電極
１１Ｄ：裏側電極
１２：振動吸収体
１３，３３：保持部
１３Ａ：多層配線構造体
１３Ｂ，４１Ａ：埋込部
１３Ｃ，１３Ｄ：金属層
１３Ｅ：層間絶縁膜
１３Ｆ：埋込電極部
１４：整合層
１６，３６：配線接続部
１６Ａ：第１の配線接続部
１６Ｂ：第２の配線接続部
２０，２０’，２０Ｂ，８０：接続部材
２０Ａ：フレキシブル基板
２１：絶縁管
２１Ａ：軸部
２２，４６：絶縁層
２３：配線部（電極層）
２３Ａ：第１の接続用電極部
２３Ｂ：第２の接続用電極部
２３Ｃ：配線連結部
２３Ｄ：接続部
２４，８１Ｆ，８２Ｃ，８３Ｃ：ＩＣチップ
３０：管部材
３３Ｂ：円筒部
３５：円錐台形状部
３５Ａ：側面部
３５Ｂ：後端部
３７Ａ：後端面
４１，６２，６２Ａ：レジスト（フォトレジスト）
４２，４２Ｂ，４４，４４Ａ，４７，６１Ｂ：金属層（電極層）
４２Ａ，６１Ａ：下地層
４３：バッキング層
４３Ａ：バッキング材
４５，４８，４９：エッチングマスク
４７Ａ：電極
５０：溝部
５２：分離部
６０：絶縁管
６１Ｃ：配線部
７０：送受信部
７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ：配線接続部
８１，８２，８３：チューブ
８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ：接続用電極部
８１Ｄ，８２Ｄ，８３Ｄ：後端電極部
８１Ｅ，８２Ｅ，８３Ｅ：ケーブル
８２Ｂ，８３Ｂ：ＩＣ接続用電極部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２３】
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【図９】
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【図１５】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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